Лазерный измеритель дальности (варианты)



Лазерный измеритель дальности (варианты)
Лазерный измеритель дальности (варианты)
Лазерный измеритель дальности (варианты)
Лазерный измеритель дальности (варианты)
Лазерный измеритель дальности (варианты)

 


Владельцы патента RU 2473046:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

Лазерный измеритель дальности содержит передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель. Передающий канал включает лазерный излучатель и передающую оптическую систему. Параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала включает фотоприемное устройство и приемный объектив. В передающий канал введен оптический элемент с возможностью изменения направления оптической оси, установленный так, чтобы часть энергии зондирующего излучения направлялась в сторону целей, расположенных в диапазоне дальностей от R0 до R1 в поле зрения приемного канала. Доля этого излучения, отраженного целью и поступающего через приемный объектив на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствует порогу срабатывания последнего. R0<R1 - заданная минимальная измеряемая дальность. R1 - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются. Технический результат - уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.

Известны лазерные измерители дальности, содержащие приемный канал, включающий объектив и фотоприемное устройство, и параллельный ему передающий канал, включающий оптическую систему и лазерный излучатель [1].

Подобные устройства характеризуются наличием аппаратной функции (геометрического фактора) [2], характеризующей неполное перекрытие полей зрения приемного и передающего каналов. На малых дальностях эти поля не перекрываются, в результате чего образуется теневая зона, в пределах которой измерения дальности невозможны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является техническое решение, направленное на сокращение теневой зоны [3]. Этот лазерный измеритель дальности содержит передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, причем передающий канал включает лазерный излучатель и передающую оптическую систему, приемный канал включает фотоприемное устройство и приемный объектив, а поля зрения передающего и приемного каналов перекрываются на дальности R1, соответствующей протяженности теневой зоны, определяемой взаимным расположением передающего и приемного каналов. В этом измерителе дальности расстояние между передающим и приемным каналами сокращено, благодаря чему и обеспечивается укорочение теневой зоны.

Недостатком этого устройства является принципиальная невозможность сокращения теневой зоны до расстояний порядка нескольких сантиметров вследствие наличия элементов конструкции (оправы, бленды, светозащитные шторки и т.п), препятствующих дальнейшему сближению передающего и приемного каналов.

Задачей изобретения является уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции.

В одном из вариантов предлагаемого решения поставленная задача решается за счет того, что в известном лазерном измерителе дальности, содержащем передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, в передающий канал введен оптический элемент с возможностью изменения направления оптической оси, установленный так, чтобы часть энергии зондирующего излучения направлялась в сторону целей, расположенных в диапазоне дальностей от R0 до R1 в поле зрения приемного канала, а доля этого излучения, отраженного целью и поступающего через приемный объектив на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где

R0<R1 - заданная минимальная измеряемая дальность;

R1 - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.

В этом варианте оптический элемент представляет собой отражатель с плоской или криволинейной поверхностью, установленный на оправе передающей оптической системы со стороны, противоположной приемному объективу.

Кроме того, оптический элемент может представлять собой клин, одна или обе поверхности которого могут быть плоскими или криволинейными.

В другом варианте предлагаемого решения в лазерном измерителе дальности, содержащем передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, в приемный канал введен оптический элемент с возможностью изменения направления оптической оси, установленный так, чтобы часть энергии зондирующего излучения, отраженного целями, расположенными в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялась оптическим элементом через приемный объектив на чувствительную площадку фотоприемного устройства, а энергия этого излучения соответствовала порогу срабатывания последнего, где

R0<R1 - заданная минимальная измеряемая дальность;

R1 - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.

В данном варианте оптический элемент может представлять собой отражатель с плоской или криволинейной поверхностью, установленный на оправе приемного объектива со стороны, противоположной передающей оптической системе.

В этом варианте оптический элемент может также представлять собой клин, одна или обе поверхности которого могут быть плоскими или криволинейными, установленный в приемном объективе так, чтобы поступающее на него излучение, отраженное целями в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялось в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства.

Кроме того, в этом варианте оптический элемент может представлять собой клин, одна или обе поверхности которого могут быть плоскими или криволинейными, установленный вне приемного объектива так, чтобы поступающее на него излучение, отраженное целями в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялось в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема лазерного измерителя дальности. На фиг.2-4 - варианты исполнения устройства. Фиг.5 поясняет характер аппаратной функции и ее теневой зоны.

Лазерный измеритель дальности (фиг.1) включает три оптических канала. Передающий канал 1 для формирования пучка зондирующего излучения включает лазерный излучатель 2 и передающую оптическую систему 3. Параллельный передающему приемный канал 4 для приема отраженного целью сигнала включает фотоприемное устройство 5 и приемный объектив 6. Третий оптический канал образован дефлектором излучения 7, оптически связанным по выходу с фотоприемным устройством 5 и установленным так, чтобы на свой вход принимать излучение, отраженное от целей в заданном диапазоне дальностей.

На фиг.2 показана функциональная схема устройства по первому варианту с дефлектором излучения, выполненным в виде зеркального отражателя 7, установленного в передающую оптическую систему 3.

На фиг.3 показана функциональная схема устройства по второму варианту с дефлектором излучения, выполненным в виде зеркального отражателя 7, установленного в приемный объектив 6.

На фиг.4 показана функциональная схема устройства по второму варианту с дефлектором излучения 7, выполненным в виде клина. На фиг 4а) клин установлен в приемном объективе 6, а на фиг.4б) - вне приемного объектива.

Устройство работает следующим образом.

При излучении лазерным излучателем 2 зондирующего импульса на выходе передающей оптической системы 3 формируется расходящийся пучок излучения, образующий поле передающего канала (фиг.5). Отраженное целью излучение попадает в поле приемного канала и с помощью приемного объектива 6 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемного устройства 5 (фиг.2-4). Дальность до цели R определяют по известной зависимости [1] R=ct/2, где c - скорость света, t - время между моментом излучения зондирующего импульса и моментом срабатывания фотоприемного устройства от излучения, отраженного целью.

В дальней зоне при расстоянии до цели R>R2 поля передающего и приемного каналов полностью перекрываются, обеспечивая попадание на фотоприемное устройство достаточной для его срабатывания энергии излучения, отраженного целью.

На малых расстояниях до цели поля передающего и приемного каналов перекрываются не полностью, а в теневой зоне при R<R1 (фиг.5) вообще не перекрываются, что делает невозможным измерение при расстояниях до цели R<R1.

Зависимость степени перекрытия полей передающего и приемного каналов от дальности описывается аппаратной функцией A1(R). Дефлектор излучения 7 в первом варианте изобретения отклоняет часть зондирующего пучка в сторону поля приемного канала, обеспечивая перекрытие этих полей на дальностях R0<R<R1. Во втором варианте дефлектор излучения 7 формирует дополнительное поле приемного канала, пересекающееся с полем передающего канала на дальностях R0<R<R1. В результате в обоих вариантах формируется дополнительная аппаратная функция A0(R), показанная на фиг.5 пунктиром.

Результирующая аппаратная функция устройства A(R)=A0(R)+A1(R) обеспечивает возможность измерения дальностей при расстояниях до цели R0<R, причем R0<R1. Экспериментально установлено, что введение дефлектора согласно одному из описанных вариантов позволяет сократить теневую зону и, соответственно, минимальную измеряемую дальность с 5-30 м до 0,05-0,2 м.

Таким образом, предлагаемый лазерный измеритель дальности обеспечивает решение поставленной задачи - уменьшение минимальной измеряемой дальности путем сокращения теневой зоны аппаратной функции.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца. После корректировки документации по результатам испытаний лазерный дальномер будет запущен в производство.

Источники информации

1. Ермаков Б.А., Возницкий М.В. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах // Оптический журнал №10 (1993), - с.15-32.

2. С.А.Даничкин. Границы действия геометрического фактора лидара. IV Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Тезисы докладов. Томск, 1976, с.79-82.

3. Патент США №4737624 - прототип.

1. Лазерный измеритель дальности, содержащий передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, отличающийся тем, что в передающий канал введен оптический элемент с возможностью изменения направления оптической оси, установленный так, чтобы часть энергии зондирующего излучения направлялась в сторону целей, расположенных в диапазоне дальностей от R0 до R1 в поле зрения приемного канала, а доля этого излучения, отраженного целью и поступающего через приемный объектив на чувствительную площадку фотоприемного устройства, соответствовала порогу срабатывания последнего, где
R0<R1 - заданная минимальная измеряемая дальность;
R1 - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.

2. Лазерный измеритель дальности по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой отражатель с плоской или криволинейной поверхностью, установленный на оправе передающей оптической системы со стороны, противоположной приемному объективу.

3. Лазерный измеритель дальности по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой клин, одна или обе поверхности которого плоские или криволинейные.

4. Лазерный измеритель дальности, содержащий передающий канал для формирования пучка зондирующего излучения и направления его на цель, включающий лазерный излучатель и передающую оптическую систему, параллельный ему приемный канал для приема отраженного целью сигнала, включающий фотоприемное устройство и приемный объектив, отличающийся тем, что в приемный канал введен оптический элемент с возможностью изменения направления оптической оси, установленный так, чтобы часть энергии зондирующего излучения, отраженного целями, расположенными в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялась оптическим элементом через приемный объектив на чувствительную площадку фотоприемного устройства, а энергия этого излучения соответствовала порогу срабатывания последнего, где
R0<R1 - заданная минимальная измеряемая дальность;
R1 - протяженность теневой зоны, образуемой в диапазоне дальностей, где поля зрения передающего и приемного каналов не перекрываются.

5. Лазерный измеритель дальности по п.4, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой отражатель с плоской или криволинейной поверхностью, установленный на оправе приемного объектива со стороны, противоположной передающей оптической системе.

6. Лазерный измеритель дальности по п.4, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой клин, одна или обе поверхности которого плоские или криволинейные, установленный в приемном объективе так, чтобы поступающее на него излучение, отраженное целями в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялось в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства.

7. Лазерный измеритель дальности по п.4, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой клин, одна или обе поверхности которого плоские или криволинейные, установленный вне приемного объектива так, чтобы поступающее на него излучение, отраженное целями в диапазоне дальностей от R0 до R1, отклонялось в сторону чувствительной площадки фотоприемного устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к технике лазерного, светового излучения и, в частности, может быть использовано для определения положения лазерного излучателя. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к технике обнаружения объектов, а именно к оптико-электронным системам видения удаленных объектов с использованием лазерной подсветки в инфракрасном спектральном диапазоне, и может быть использовано для разработки и создания тепловизионных систем и приборов, предназначенных для обнаружения и распознавания целей на больших расстояниях.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам наблюдения с измерением дальности до объекта. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к многоканальным мультиспектральным оптико-электронным приборным комплексам с лазерными дальномерами (далее комплексы), и может найти применение при создании всесуточных систем обнаружения, наблюдения и сопровождения объектов.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их цифровым фотографическим изображениям

Изобретение относится к области метеорологии и гляциологии и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах. Согласно заявленному способу с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L1), азимут (А1) и угол зондирования (β). Затем, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево или вправо, определяют расстояние (L2) до произвольной вспомогательной точки на склоне и азимут зондирования этой точки (А2). После этого из проекции на горизонтальную плоскость величин L1, L2 и АВ, образующих треугольник с соответствующими им сторонами b, а и с, определяют угол α между проекциями отрезков L1 и L2 на горизонтальную плоскость и по данному углу и проекциям сторон L1 и L2 находят истинное значение проекции АВ и углы φ и γ, образованные соответственно на стыке проекций отрезков L1 и L2 с проекцией отрезка АВ. Затем определяют экспозицию склона через азимут зондирования контрольной точки на склоне, либо через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне или через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне. Технический результат - повышение точности дистанционного измерения экспозиции склона. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Дальномер имеет частично совмещенные визирный, излучающий, приемный и проекционный каналы. Объективы всех каналов выполнены двухкомпонентными, первый компонент объектива визирного канала входит в состав объектива приемного и излучающего каналов. В дальномер входят первый компонент объектива визирного канала, призменная оборачивающая система с двумя дополнительными прямоугольными призмами и светоделительными покрытиями, второй компонент объектива визирного канала, сетка, окуляр, лазер, линзовый компонент излучающего канала, второй компонент объектива приемного канала, фотоприемное устройство, микродисплей, первый компонент проекционного канала, измеритель временных интервалов, вычислитель дальности, баллистический вычислитель, датчики температуры, давления, углов места цели, модули спутниковой навигации в системах NAVSTAR GPS и СНС ГЛОНАСС, внешний дисплей, компас и внешний разъем. Технический результат - повышение видимого увеличения визирного канала, уменьшение габаритных размеров и массы прибора, а также повышение удобства и скорости измерений, расширение функциональных возможностей. 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

В телевизионно-лазерном визире-дальномере установлена спектроделительная призма, на одной грани которой нанесена полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера, которая используется в качестве опорной марки, а на другой грани приклеено сферическое зеркало, проектирующее диафрагму в телекамеру визирного канала. В электронном блоке определяются координаты центра изображения диафрагмы относительно поля зрения визирного канала и строится телевизионное изображение прицельной марки в соответствии с полученными координатами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1≥В/β, образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, образующая цилиндра которого перпендикулярна максимальному габариту А тела свечения. Расстояния от цилиндрических компонентов до эквивалентного тела свечения равны l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго. Первый цилиндрический компонент имеет второй цилиндрический профиль, перпендикулярный его первому цилиндрическому профилю и обеспечивающий фокусное расстояние f 1 * , причем расстояние l1=f1-Δf, расстояние l2≤L, фокусные расстояния f 2 ≤ f 2 ' l 3 f 2 ' − l 1 и f 1 * ≤ − f 2 ' ( f 2 − l 3 ) f 2 ' − f 2 , где f 2 ' ≥ A / α , l3=(l2-l1), L - максимально допустимый габарит объектива излучателя вдоль его продольной оси, α и β - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие максимальному А и минимальному В габаритам эквивалентного тела свечения, Δf - расстояние между главными плоскостями первого и второго цилиндрических профилей первого цилиндрического компонента. Технический результат заключается в обеспечении возможности сокращения размеров оптической системы излучателя без уменьшения мощности выходного излучения и без увеличения массы дальномера. 4 ил.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив состоит из цилиндрического первого оптического компонента с фокусным расстоянием f1, образующая которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго оптического компонента. Второй компонент симметричен относительно оси объектива и имеет фокусное расстояние f2 ≥ А/α, где α - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации максимальному габариту А тела свечения. Параметры оптических компонентов удовлетворяют условиям f 1 = l 1 ϕ 2 ϕ − ϕ 2 ; В / β ≤ f ≤ f 2 t g ( θ α / 2 ) t g ( θ β / 2 ) , где f - фокусное расстояние системы; β - угловой размер удаленного объекта, соответствующий габариту B, ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l; l - расстояние между компонентами; θα - угол расходимости в плоскости габарита А; θβ - угол расходимости габарита В. Причем второй оптический компонент имеет возможность регулировки расстояния l2=f2+Δf2 для изменения углов расходимости выходного излучения. Технический результат заключается в упрощении изготовления устройства при сохранении габаритов и КПД. 5 ил.

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат. При оцифровывании сигналы дифференцируют. Одновременно измеряют временные интервалы между моментами излучения и частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам принятых импульсов света, и временные интервалы t2 между частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам и спадам принятых импульсов света. Рассчитывают скорости υ движущихся объектов: υ = c ⋅ ( 1 − t 2 t 1 ) , где с - скорость света в среде; t1 - длительность излученного импульса света. Устройство содержит блок оцифровывания сигнала, выполненный из многоканального измерителя временных интервалов и n-дифференциаторов, входы которых соединены с выходами фоточувствительных элементов, а выходы - с входами сигналов многоканального измерителя временных интервалов, выход которого соединен с входом блока управления. Технический результат - одновременность и точность обнаружения объектов, измерения скорости движения объектов, расстояний и угловых координат. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной компоненты перемещения объекта при воздействии на него различных силовых факторов. Техническим результатом является расширение диапазона применения и упрощение обработки результатов измерения при несовпадении линии визирования с направлением перемещения объекта. Способ измерения линейных перемещений объекта заключается в том, что лазерным дальномером проводят не менее двух измерений дальности до объекта. Линию визирования дальномера направляют на жестко связанную с объектом плоскую поверхность, которую выбирают или размещают на объекте таким образом, что она пересекает линию визирования дальномера и линию направления перемещения объекта, и тарируют дальномер, определяют разность дальностей до и после перемещения дальномера, вычисляют тарировочный коэффициент по формуле К=А/П, где А - перемещение дальномера; П - разность дальностей до и после перемещения дальномера. Измеряют перемещения объекта, величину которых определяют по формуле B=K(R-R), где R и R соответственно предыдущая и последующая дальности до объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх